電磁感應(yīng)智能電動(dòng)車設(shè)計(jì)報(bào)告

電磁感應(yīng)智能電動(dòng)車設(shè)計(jì)報(bào)告姓名:張峰學(xué)號(hào):2023111116專業(yè):電子信息工程學(xué)院:電氣與新能源學(xué)院摘要:為了實(shí)現(xiàn)小汽車智能控制，以ATmega16為核心，MCU將各種傳感器得到的信息進(jìn)行綜合判別和處理，然后發(fā)出指令給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制小汽車，使小汽車能夠快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、調(diào)速、前進(jìn)、后退和停車。設(shè)計(jì)使用了線圈磁場(chǎng)傳感器進(jìn)行路徑檢測(cè)，測(cè)量車輛的位置，矯正行車路線。用干簧管檢測(cè)起始線處的永磁鐵使小車能精確的在其附近停車。用PWM調(diào)速法準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、調(diào)速、前進(jìn)和后退。多傳感器并行工作，MCU的綜合數(shù)據(jù)處理為小車按照預(yù)定程序運(yùn)行提供了充分的保證。關(guān)鍵字：ATmega16；線圈磁場(chǎng)傳感器；干簧管；PWM調(diào)速法1小車系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)電磁感應(yīng)智能電動(dòng)車采用ATMEL公司的高性能、低功耗的8位AVR微處理器作為主控制芯片。利用一個(gè)線圈磁場(chǎng)傳感器檢測(cè)路徑，實(shí)現(xiàn)行車位置的判斷，進(jìn)而控制電機(jī)。系統(tǒng)分為控制部分以及信號(hào)檢測(cè)部分。其中小車控制部分包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；信號(hào)檢測(cè)部分包括路徑檢測(cè)和起始線處永久磁鐵檢測(cè)。系統(tǒng)方案方框圖如圖1所示。路徑檢測(cè)路徑檢測(cè)軟件控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制小車圖1智能小車尋跡系統(tǒng)框圖2系統(tǒng)各模塊的原理與實(shí)現(xiàn)2.1主控芯片的選型ATmega16系列單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的高性能、低功耗的8位AVR單片機(jī)。它具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash擦寫壽命:10,000次；512字節(jié)的EEPROM擦寫壽命:100,000次；四通道PWM；8路10位ADC；工作電壓:：4.5-5.5V；32個(gè)可編程的I/O口；有40引腳PDIP封裝,44引腳TQFP封裝,與44引腳MLF封裝。片上資源豐富，以提供“單片”解決方案。本系統(tǒng)選用一片40引腳PDIP封裝的ATmega16作為MCU，與電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N一起控制電機(jī)。還處理線圈磁場(chǎng)傳感器送來的路徑檢測(cè)信號(hào)，該信號(hào)主要控制小車的加速、減速、慣性行駛、剎車、轉(zhuǎn)向等狀態(tài)。2.2外部傳感器的選擇檢測(cè)路徑的傳感器現(xiàn)在我們有很多測(cè)量磁場(chǎng)的方法，磁場(chǎng)傳感器利用了物質(zhì)與磁場(chǎng)之間的各種物理效應(yīng)，我們需要選擇適合車模競(jìng)賽的檢測(cè)方法，除了檢測(cè)磁場(chǎng)的精度之外，還需要對(duì)于檢測(cè)磁場(chǎng)的傳感器的頻率響應(yīng)、尺寸、價(jià)格、功耗以及實(shí)現(xiàn)的難易程度進(jìn)行考慮。綜合各方面考慮我們選取最為傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)線圈的方案。它具有原理簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、體積?。ㄏ鄬?duì)?。?、頻率響應(yīng)快、電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適應(yīng)于快速實(shí)現(xiàn)路經(jīng)檢測(cè)的方案。檢測(cè)起始線處永久磁鐵的傳感器由于起始線處有永磁鐵標(biāo)記故測(cè)量智能車沿跑道跑過的圈數(shù)時(shí)我們采用干簧管，該傳感器體積小，可以裝在車輪附近的車身上，每經(jīng)過一次起始線，干簧開關(guān)閉合一次，并且精度比較高，是個(gè)很好的選擇，故選用。2.3執(zhí)行部件的選擇執(zhí)行部件分為驅(qū)動(dòng)部件和方向控制部件兩個(gè)部分。比較好的方案是在方向控制部分使用步進(jìn)電機(jī)，這樣可以由MCU比較精確的控制前輪轉(zhuǎn)向的角度和持續(xù)時(shí)間，結(jié)合傳感器傳來的信號(hào)，便可以非常精確地控制小汽車行駛的方向。但是，維由于共該系阻統(tǒng)的離控制悔對(duì)象釣是由俱玩具肝電動(dòng)已車改茂裝，岔其電駁動(dòng)機(jī)陶和變賽速系些統(tǒng)已園經(jīng)無再法更朽換。唇故只準(zhǔn)能使壁用該魔玩具反汽車窗自帶聲的兩夢(mèng)個(gè)電尸動(dòng)機(jī)賴。實(shí)瀉際使叼用時(shí)片，用捉PW先M腸信號(hào)節(jié)驅(qū)動(dòng)算電動(dòng)很機(jī)，桌控制稻電機(jī)生的輸疏出功回率和董轉(zhuǎn)速高。堂2.酒4車拋速的酬控制膏車速軟調(diào)節(jié)驚的方問法有開兩種啟：一彎是用駛步進(jìn)婦電機(jī)海代替疤小車麥上原蹈有的沾直流史電機(jī)雞；二回是在睬原有哄直流回電機(jī)無的基荒礎(chǔ)上神，采所用種PW蛋M愛調(diào)速究法進(jìn)爸行調(diào)等速。占考慮勤到機(jī)位械裝茂置不漠便于吃修改柱等因戴素，隆這里診選擇法后者覽，利泳用單薪片機(jī)條輸出惜端輸誤出高番電平忠的脈霧寬及嫂其占垂空比卵的大弟小來館控制焰電機(jī)倆的轉(zhuǎn)扶速，全從而落控制礎(chǔ)小車弊的速濱度。特經(jīng)過般多次晴試驗(yàn)踢，最派終確嚴(yán)定合挺適的莊脈寬魔和占步空比婆，基幫本能謊保證灶小車仍在所夏需要宵的速津度范孝圍內(nèi)找平穩(wěn)灶前行居。快2.定5夫供電鬧部件摧由于件該系勵(lì)統(tǒng)用鄰電池胳供電港，對(duì)匙電路而功耗任的要鑄求比三較嚴(yán)羅格。巾該電吐路中叔耗電領(lǐng)量大悶的就菊是電移動(dòng)機(jī)雕和份MC泰U旦。但截是主友要是稼電動(dòng)鴨機(jī)，想功耗獎(jiǎng)無法德消減季。另迅一方崖面，匯該系嚇統(tǒng)為冷數(shù)字乏與模若擬混償合系阿統(tǒng)，越要求耳使用魯多檔型不同蒼的電身壓供慧電，六比較獻(xiàn)理想快的辦渾法是隸使用碰DC帥-D摩C心變換城器來弟產(chǎn)生曉系統(tǒng)輪所需奪要的豎各種伯電壓藏。但時(shí)是考芳慮到爹小車橡跑的階距離擾不是子很長(zhǎng)御，干孕電池真可以心支撐樸系統(tǒng)臭的穩(wěn)疫定，陽再加脂上成縱本、盜體積直、效惹率、蔬噪聲積干擾屆一系構(gòu)列隨訂之而碼來的適問題示，系剛統(tǒng)并溫未采簽用脾DC我-D拼C蹤變換孟的方醬案，亂而是殖直接迅用干扒電池鈔供電岡。屑3垂硬件想原理蠢3.攪1埋M勾CU釀本實(shí)陪驗(yàn)功績(jī)能不苗是很超多，伐一片斧AT賠me珠ga那16頃足夠匆處理于路膊徑拍檢測(cè)分，電支機(jī)驅(qū)逗動(dòng)硬，德控制但小汽典車按現(xiàn)要求楊完成壁任務(wù)荒。飄3.嶄2唐路徑仍探測(cè)乘及處即理電浩路暮3.爺2.溪1擠線圈掀磁場(chǎng)機(jī)傳感專器萄工作些原理提i.骨磁界場(chǎng)檢馬測(cè)原搭理嘉:桿雙水榴平線抖圈檢啊測(cè)方縣案右不同驅(qū)的線壺圈軸乖線擺杯放方膚向，祖可以冰感應(yīng)扇不同賊的磁項(xiàng)場(chǎng)分站量。啞我們浙先討授論一割種最忽簡(jiǎn)繪單的翠線圈丟設(shè)置泰方案破：雙測(cè)水平獸線圈據(jù)檢測(cè)隨方案恒。在脫車模養(yǎng)前上里方水?dāng)_平方粱向固刑定兩狹個(gè)相孝距恩L海的線說圈，毀兩個(gè)搶線圈副的軸望線為律水平評(píng)，高口度為仇h浮，如使下圖千所示狠：桿為了糖討論格方便厭，我樓們?cè)趹T跑道稠上建精立如蠅下的延坐標(biāo)頓系，齊假設(shè)感沿著垂跑道糊前進(jìn)喝的方萍向命為占z逼軸，慮垂直暫跑道寒往上軌為日y運(yùn)軸，澇在跑脈道平裝面內(nèi)敘垂直距于跑鉆到中奶心線皆為耗x雪軸。尿xy打z鋒軸滿飾足甚右手絮方向榴。估假設(shè)我在車儉模前醫(yī)方安覆裝兩際個(gè)水哥平的蓋線圈秋。這螺兩個(gè)第線圈朱的間使隔為線L我，線休圈的悠高覽度為休h帝，參記見下虜圖枝5冰所示蒜。左駁邊的屢線圈吼的坐荒標(biāo)為嗎（陜x,責(zé)h,拾z受），暑右邊牢的線欲圈的做位置陪(x灶-L怕,h茄,z代)嘗。茄由于典磁場(chǎng)甲分布眼是以渾z咬軸為紹中心岡的同餃心圓裝，所墻以在儲(chǔ)計(jì)算澆磁場(chǎng)犯強(qiáng)度娃的時(shí)絮候我渡們僅擠僅考粗慮坐緣標(biāo)持(x玩,y亦)穿。倆由于誓線圈弟的軸堅(jiān)線是拴水平愈的，龜所以級(jí)感應(yīng)共電動(dòng)騰勢(shì)反扭映了商磁場(chǎng)灰的水申平分劑量。宅根據(jù)狗公拐式可裝以知沸道感攻應(yīng)電漆動(dòng)勢(shì)頂大小將。凝圖雕感應(yīng)欺線圈警的布告置方是案母假設(shè)座h=筋5c役m庫,雞x光∈完(仗?握15族,+頁15縫)c份m禮，計(jì)鞠算感山應(yīng)電偉動(dòng)勢(shì)謹(jǐn)如果身只使倉(cāng)用一吊個(gè)線境圈，揮感應(yīng)淹電動(dòng)錘勢(shì)缺E占是位帖置糕x養(yǎng)的偶境函數(shù)矛，只景能夠域反映膠到水倉(cāng)平昂位置譯的絕轉(zhuǎn)對(duì)值脫x跨的大值小，浸無法斗分辨說左右汁。為右此，益我們村可以剪使用婚相距葛長(zhǎng)度的為且L板的兩蘇個(gè)感褲應(yīng)線態(tài)圈，觸計(jì)算朽兩個(gè)引線圈祖感應(yīng)決電動(dòng)桂勢(shì)的左差值腰：舉下面鈔假設(shè)傾L礙=芽30包c(diǎn)m捷，計(jì)昂算兩災(zāi)個(gè)線脅圈電躍動(dòng)勢(shì)擠差值茅d莊E恢。襖當(dāng)左售邊線陸圈的織位置朝x逗=霜15游cm某的時(shí)粘候，襖此時(shí)鍛兩個(gè)勻線圈低的中年心恰惰好處頓于跑欄道中按央，描感應(yīng)遵電動(dòng)巧勢(shì)差李值物d帝E奇為川0用。當(dāng)央線圈岸往左赤偏移梯，揭x誰刷∈散(貍15沖,3域0)泡坑，感藥應(yīng)電授動(dòng)勢(shì)務(wù)差值較小于健零；廳反之知，當(dāng)股線圈哄往右節(jié)偏移案，巨x播∈弄(懂0,順15竭)缺，感威應(yīng)電嚼動(dòng)勢(shì)弄大于宏零。有因此寒在位至移誤0舊～脆30覺cm紙之間襪，電執(zhí)動(dòng)勢(shì)虹差值頌d爭(zhēng)E貝與位餡移陸x西是一鎖個(gè)單小調(diào)函張數(shù)。佩可以重使用認(rèn)這個(gè)憤量對(duì)抹于小淘車轉(zhuǎn)文向進(jìn)抹行負(fù)翠反饋遍控制黑，從舅而保緞證兩膠個(gè)線偷圈的道中心煌位置窯跟蹤湖賽道版的中勒心線緞。通泰過改偷變線碗圈高皂度醉h夫,筒線圈跟之間繭距離役L稠可以戶調(diào)整嗽位置填檢測(cè)懇范圍氣以及尾感應(yīng)墻電動(dòng)工勢(shì)的蘇大小件。息ii賞.晉電路坊設(shè)計(jì)稿原理潤(rùn)從上門面檢告測(cè)原鉗理可到以知甲道，陷測(cè)量馳磁場(chǎng)壤核心究是檢失測(cè)線水圈的暈感應(yīng)向電動(dòng)歌勢(shì)酬E既的幅稿值。熔首先賄選擇裁合適出的檢嚇測(cè)線姿圈，時(shí)然后銅使用牧LC些紡串并陷聯(lián)電場(chǎng)路來茄實(shí)現(xiàn)似對(duì)休20叔kH敬z泡的信宏號(hào)選毫頻放音大，休從而篩去除吼其它膛干擾能信號(hào)驅(qū)的影仔響；僅由于鮮感應(yīng)肌電動(dòng)膽勢(shì)達(dá)E宗值很嬌小不勵(lì)便于上檢測(cè)敞，故案先將滿其放田大到蚊1～曾5V鄉(xiāng)，最困后將估放大綠后的奔電壓營(yíng)接入進(jìn)單片絮機(jī)的見AD尺犯端口腎，使價(jià)用單凡片機(jī)糾直接漂采樣并交變此電壓最信號(hào)慰。闖本設(shè)英計(jì)中顆左側(cè)乳檢測(cè)匆信號(hào)狹直接魂送入壘AT爹me墊ga軟16糞的P盟A0坦（A猾DC刮0）譽(yù)，右蓬側(cè)檢甚測(cè)信鼠號(hào)直亡接送召入盾AT參me疤ga怨16擊的P仗A1艷（A該DC訊1）困。摘電路趴及參豈數(shù)如屬下圖借所示份：耽3.墓3溫干及簧管田的工周作原葉理溪如宿右偉圖所慶示，慌當(dāng)有伸一個(gè)差永久豎磁鐵則接近嶄干簧酬開關(guān)恥時(shí)，便此兩托片簧自片會(huì)搬被磁嘗化成遮可相劈互吸抖引的拜不同枕極性小，當(dāng)籠磁場(chǎng)蔬夠大鼓時(shí)，赤可讓菊兩簧枯片間西產(chǎn)生返足夠漿的吸帖引力沃而互絹相接討觸。絹從而渣產(chǎn)生曠一個(gè)權(quán)脈沖架，實(shí)燈現(xiàn)計(jì)獻(xiàn)數(shù)功竊能。剪故只搜需將株其接眉到外化部計(jì)畢數(shù)器御PB竹1（打T1爬）通上。著干簧躲管的練工作子原理肥圖艇3.獵4電林機(jī)驅(qū)輪動(dòng)原授理筆3.道4.像1終電機(jī)鞠驅(qū)動(dòng)甜電路隨考慮吊到小堤車必膊須能餅夠前隨進(jìn)、宮倒退偷、停極止，憑并能模靈活巨專銷向怎，我怠們選抽用了劈電機(jī)昂專用牲驅(qū)動(dòng)亦芯片逃。為勇了能?？刂粕嘬囕唫兊霓D(zhuǎn)覆速，遍可以盯采取他PW抖M親調(diào)速羽法，鋼即由固單片醋機(jī)的餡PW級(jí)M通損道壺輸出授一系推列頻麗率固兵定的罵方波雙，再衣通過冠功率遙放大例來驅(qū)躍動(dòng)電方機(jī)，瀉在單漿片機(jī)眨中編右程改唯變輸蛾出方醒波的盾占空他比就赴可以報(bào)改變踢加到怎電機(jī)搞上的膨平均壇電壓叔，從舍而可鮮以改犬變電專機(jī)的超轉(zhuǎn)速共。左濤右兩恭輪兩谷個(gè)電俱機(jī)轉(zhuǎn)朽速的顧配合兄就可悶以實(shí)殃現(xiàn)小氏車的銀前進(jìn)質(zhì)、倒衣退、戚等功唱能。莖L2宴98材N監(jiān)工作態(tài)時(shí)，程IS茅EN傲A叛接地饑，安IN揉1脂為各1慨或屠0塔從廈EN筋A(yù)肌輸入植PW爪M恨就紀(jì)可以市控制型電機(jī)財(cái)正轉(zhuǎn)絨或者援反轉(zhuǎn)衛(wèi)。我踩們的合設(shè)計(jì)藏中將辨IN姻1博和棍IN暫2怒分別譜接到番兩個(gè)岸I/紋O優(yōu)口來莖控制梅電機(jī)聞的正渾反轉(zhuǎn)支。追3.差4.對(duì)2私左圖叛是決恒壓蹲恒流洽橋式兆2A匠驅(qū)動(dòng)志芯片扛L2兵98虎N童L2炸98絞是S約GS旦公司勉的產(chǎn)斷品，族比較星常見霜的是械15閥腳M巡ul占ti深wa兩tt墨封裝殃的L磁29弟8N水，內(nèi)芬部同哨樣包墻含4貸通道仇邏輯涉驅(qū)動(dòng)喜電路芹。可飾以方遇便的醒驅(qū)動(dòng)高兩個(gè)們直流演電機(jī)苦，或臘一個(gè)藝兩相雄步進(jìn)侵電機(jī)寺。恰L2慣98袋N可會(huì)接受無標(biāo)準(zhǔn)志TT益L邏妙輯電廟平信首號(hào)V鄉(xiāng)SS瓜，V醬SS挺可接趨4．幕5～肢7克V電霧壓。么4腳獻(xiàn)VS凍接電花源電睜壓，禁VS祖電壓駕范圍盒VI文H為逢＋2鈔．5鈔～4亡6齊V。螞輸出瓣電流歪可達(dá)訴2．脖5摧A，讀可驅(qū)狼動(dòng)電待感性俱負(fù)載皇。1灣腳和充15疤腳下請(qǐng)管的采發(fā)射枯極分狠別單狀獨(dú)引彎出以即便接習(xí)入電深流采衣樣電砍阻，悼形成頁電流紡傳感熔信號(hào)濫。L吊29音8可魄驅(qū)動(dòng)滅2個(gè)躺電動(dòng)組機(jī)，時(shí)OU裕T1獸，O同UT逆2和任OU初T3餐，O稠UT拌4之初間可耗分別水接電糟動(dòng)機(jī)洞，本戀實(shí)驗(yàn)川裝置察我們針選用挺驅(qū)動(dòng)降兩睜臺(tái)電邪動(dòng)機(jī)臨。5丑，7設(shè)，1輝0，蛙12烈腳接肺輸入傷控制貴電平兄，控襲制電例機(jī)的辮正反團(tuán)轉(zhuǎn)。汪En棟A，險(xiǎn)En歪B接負(fù)控制愁使能喚端，均控制設(shè)電機(jī)須的停獵轉(zhuǎn)。盛表1粗是L嫁29仗8N除功能倉(cāng)邏輯協(xié)圖。摩3.賽4.窗3圣電機(jī)蓬驅(qū)動(dòng)落電路委如下瘋圖所盯示，目IN森1和鍋IN傍2控掃制電仍機(jī)M碧1（李小車搶左電肆機(jī)劍）球，I抓N3澤和I竄N4吐控制鴉電機(jī)熟M2趣（小默車右劃電機(jī)逮）。管IN辟1、更IN槽2、輸IN毒3和嚼IN藝4分田別接擾AT功me腔ga縣16蛙的P犬WM掀輸出刻口P右B3轟（O牢C0篇）、尖PD尤7（缸OC歌2）稍、P庫D5奴（O愁C1楚A）檔和P根D4打（O抵C1桂B(yǎng)）滑。赤駝共侍肉弄電壩機(jī)驅(qū)老動(dòng)電告路圖曾4囑顯示鍵部分蘿由于模本設(shè)恒計(jì)要電顯示夕的內(nèi)席容不受多，承故只吧需1嘗個(gè)發(fā)霸光二友極管鉗顯示汗系統(tǒng)逝開關(guān)柄機(jī)和煤等待能狀態(tài)早。即冬系統(tǒng)定未啟饞動(dòng)時(shí)就燈滅首，啟綢動(dòng)后鎖點(diǎn)亮蘇，等野待時(shí)肥為閃賄爍。脾5鍬軟件暈部分酒軟件概系統(tǒng)遠(yuǎn)的主簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)幕圖如釋下苗圖。飛小車歉按復(fù)貢位鍵茫后，等即啟死動(dòng)，屢先在境起跑傘區(qū)靜頸止兩貌秒鐘厲，然組后檢千測(cè)路耗徑，初調(diào)整淘好路好線后紡全速潤(rùn)前進(jìn)囑，傅經(jīng)過縮起跑舞線時(shí)往干簧雅管會(huì)岡檢測(cè)鼠到一夏個(gè)脈廉沖熄，行港駛到斜彎道少時(shí)，游左右質(zhì)線圈策磁場(chǎng)獅傳感耕器寫會(huì)偉檢測(cè)詠到上不相初等的捷電壓撈信號(hào)休，然避后通恰過單藥片機(jī)汁調(diào)節(jié)釋PW萄M信祝號(hào)圖輸出鼓調(diào)節(jié)玩左右友輪速僵度依從而呆實(shí)現(xiàn)虧小車條的轉(zhuǎn)沖彎（訂V造左資＞V配右翼即為汁右轉(zhuǎn)驚，緩V無左大＜V羽右垃即為剝左轉(zhuǎn)體），題直棗轉(zhuǎn)會(huì)到左療右像線圈賴磁場(chǎng)術(shù)傳感覆器括檢測(cè)敗到相息等的就電壓咽信號(hào)泰為止咐。根然后民繼續(xù)昂行駛掠直到預(yù)干簧姥管檢座測(cè)到墻第二攔個(gè)脈位沖，姑使計(jì)拐數(shù)器名溢出答，發(fā)夸出中嘉斷請(qǐng)贏求，掩CP最U響顧應(yīng)中擁斷，僵并在味執(zhí)行咐中斷墨服務(wù)搏程序缺中輸男出P眉WM慕封鎖釘信號(hào)潔并實(shí)可現(xiàn)閉專鎖惰從而邁實(shí)現(xiàn)加小車玩的剎虜車。方剎車退后小讀車在協(xié)原地漿等待吵?？宪浖老到y(tǒng)宅的主制結(jié)構(gòu)撤圖護(hù)單片造機(jī)有樹1鬧個(gè)外干部桑計(jì)數(shù)盜輸入辱為打PB掃1倡（T能1）億，用張于記圍錄小勻車經(jīng)罷過起倆始線宵的次煌數(shù)；鈴有兩稠個(gè)外丸部輸否入腳總分別姨為梯PA會(huì)0（清AD趨C0湊）超和津PA提1（滔AD嘆C1蒼）氏，用棗于輸課入左揉右狐線圈礦磁場(chǎng)乏傳感位器服檢測(cè)丹到的特電